04.05.2023 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat im Rahmen des Projekts HyRek 2.0 gemeinsam mit AEG Powersolutions ein Betriebskonzept für das Hybridregelkraftwerk (HyRek) des Bremer Stromversorgers swb entwickelt. Ziel war es, Regelleistung als besonders CO2-arme Dienstleistung anbieten zu können. Die sogenannte Regelenergie ist deswegen wichtig, weil sie dafür sorgen kann, Schwankungen im Stromnetz aufgrund der volatilen Erneuerbaren auszugleichen. Dafür kann die Regelenergie bei Bedarf flexibel ins Netz ein- bzw. ausgespeist werden.
Mit einem Batteriespeicher kann überschüssiger Strom für Regelenergie-Einspeisungen zwischengespeichert oder direkt in Fernwärme umgewandelt werden. Foto: swb AG
Die swb betreibt im Bremer Stadtteil Hastedt das hybride Kraftwerk HyRek. Mit einem leistungsfähigen Batteriespeicher kann überschüssiger Strom für künftige Regelenergie-Einspeisungen zwischengespeichert werden. Die Batterie wird fast nur zur Energieabgabe ins Netz verwendet und hat dadurch eine höhere nutzbare Kapazität. Bei hohen Überschüssen im Netz wird die elektrische Energie im Hybridkraftwerk mit einem innovativen Schalter direkt auf einen Elektroheizkessel geleitet. Auf diese Weise lässt sich elektrische Energie in Wärme umwandeln und bei Bedarf dem Fernwärmenetz zuführen.
Aus technischer Sicht gibt es viele weitere Geschäftsfelder, für die sich das hybride Konzept verwenden lässt. Industriebetriebe aller Art könnten durch das Konzept aus der Kombination von Stromdirektverbrauch und Energiespeichern profitieren. Durch den einfachen Aufbau und die übersichtlichen Genehmigungsprozesse sind mehr Batteriespeicher in ganz Deutschland für einen robusten Betrieb der Stromnetze der Zukunft sehr gut vorstellbar.
Wärme aus Strom zu erzeugen (Power-to-Heat) ist aktuell noch mit hohen finanziellen Abgaben belastet. Das DLR hat im Projekt HyRek 2.0 unter Berücksichtigung der aktuellen gesetzlichen Vorgaben ein Betriebskonzept entwickelt, um das Kraftwerk ökologisch und wirtschaftlich zu optimieren. DLR-Projektleiter Frank Schuldt vom DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme in Oldenburg blickt optimistisch in die Zukunft: „Diese Erkenntnisse könnten durch zukünftige Gesetzesanpassungen auch dazu dienen, Techniken zu fördern, die die Energiewende unterstützen.“ In Hastedt wurden bereits Teile dieses Konzepts auf dem Gelände des Heizkraftwerks implementiert.
Betriebskonzept verringert Treibhausgase
Die DLR-Forscher:innen haben dabei das Zusammenspiel von Kraftwerk und Speichern optimiert. Die nun maximierte Ausnutzung der Batterien hat unter anderem zur Folge, dass sie langsamer altern. Somit sind die Batterien länger im Einsatz und müssen seltener ausgetauscht zu werden, was folglich weniger Materialaufwand bedeutet.
Um den Beitrag des Kraftwerks zum Klimaschutz bewerten zu können, hat Dr. Henning Wigger vom DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme, die Anlage im Rahmen einer Ökobilanz ganzheitlich betrachtet: „Wir haben alle verbauten Komponenten in ihrem gesamten Lebenszyklus untersucht. Dieser beginnt bereits beim Abbau des Erzes zur Herstellung von Komponenten und berücksichtigt, unter welchen Bedingungen ein Bauteil hergestellt wurde und welche Emissionen dadurch entstanden sind.“ Hierdurch ist es möglich, Treibhausgase in Höhe von bis zu 25 Prozent im Vergleich zu konventionellen Batteriespeichern einzusparen. Zudem haben die Wissenschaftler:innen auch Recyclingkonzepte im Projekt HyRek 2.0 angedacht. Für den Batteriespeicher könnten beispielsweise auch ausgediente Batterien aus Elektroautos in Frage kommen.
Simulationsmodell auf Basis von Realdaten
In Bremen-Hastedt stellt das HyRek Regelenergie für die Netzstabilität bereit und dient gleichzeitig der Fernwärmeversorgung. Foto: swb AG
Um das Kraftwerkskonzept für künftige Anwendungen zu optimieren, haben die Wissenschaftler:innen ein Simulationsmodell entwickelt und auf Basis von Realdaten aus der Anlage in Hastedt validiert. Das Modell kann auch abbilden, wann und wie lange wie viel Strom in die Batterien ein- und ausgespeist wird. Damit lässt sich die Batteriealterung untersuchen. Die DLR-Forscher:innen haben zudem ermittelt, wie sich das Kraftwerk am Netz verhält, und in welcher Form Regelenergie in Zukunft erforderlich sein muss.
Dabei bildet das Modell auch realtechnische Geräte wie den Wechselrichter ab, zu dem das DLR zusammen mit swb und AEG Powersolutions wichtige Impulse zur Weiterentwicklung geliefert hat. „Wir haben bei unseren Untersuchungen die Aktivitäten einzelner Kraftwerkskomponenten nicht separat betrachtet, sondern wie der Wechselrichter das Zusammenspiel von Batteriespeicher und Wärmeerzeuger als Gesamtsystem regelt“, erklärt Patrick Draheim vom DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme. „Unser aktuelles Stromnetz lässt sich auf diese Weise einfach weiterbetreiben. Durch das optimale Zusammenspiel der Einzelkomponenten innerhalb des Systems lässt sich wiederum ein wirtschaftlich tragfähiges Betreiberkonzept ableiten.“